(57)【要約】【課題】本発明は低コストで作製でき、かつより高い効率で光信号を伝送することが可能であり、光伝送路の交換に対応できる光結合構造とその製造方法の提供を目的とする。【解決手段】本発明は、受発光部１ａを有し、かつ基板４に実装された光半導体素子１と、該半導体素子の受発光部に伝送光に対して透明な樹脂からなる光結合部３と、該光結合部３に対してファイバコネクタ２Ｃの先端部が密着されてなる光結合構造５とその製造方法であって、基板４上に実装された光半導体素子１の受発光部１ａに対し、液状の透明樹脂を塊状に盛り付け、ファイバに取り付けたファイバコネクタ２Ｃを塊状の透明樹脂中に押し込み、透明樹脂の表面形状が凹面部１１、１２、１３のいずれかを描くようにファイバコネクタ２Ｃを斜め上方に引き上げる工程と、透明樹脂を硬化させる工程を具備することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に受発光部を有し、かつ下面の側で基板に実装された光半導体素子と、
前記光半導体素子の光軸に対して所定の角度で交差する光軸を有し、かつ前記基板の実装面から離間して配置された光伝送路と、
前記光半導体素子と前記光伝送路との間を光学的に結合する光結合部とを備え、
前記光結合部は、伝送される光に対して透明な樹脂からなり、前記樹脂は、前記光半導体素子の受発光部の少なくとも一部および前記光伝送路の端部の少なくとも一部にそれぞれ密着し、
前記光結合部を構成する前記樹脂の外面が、前記光半導体素子の受発光部および前記光伝送路の端部の側に凹んだ形状となっているとともに、
前記光伝送路が光ファイバと該光ファイバの先端部に取り付けられたファイバコネクタとを備え、前記ファイバコネクタの先端部が前記樹脂に密着してなることを特徴とする光結合構造。
【請求項２】
前記ファイバコネクタが前記樹脂に密着されてその先端に窓部材を備えた筒形のメス型コネクタ部材と、前記光ファイバの先端部に装着されて前記メス型コネクタ部材に嵌め込まれた筒形のオス型コネクタ部材とを備えてなることを特徴とする請求項１に記載の光結合構造。
【請求項３】
上面に受発光部を有し、かつ下面の側で基板に実装された光半導体素子と、
前記光半導体素子の光軸に対して所定の角度で交差する光軸を有し、かつ前記基板の実装面から離間して配置される光伝送路接続用コネクタと、
前記光半導体素子と前記光伝送路との間を光学的に結合する光結合部とを備え、
前記光結合部は、伝送される光に対して透明な樹脂からなり、前記樹脂は、前記光半導体素子の受発光部の少なくとも一部および前記光伝送路の端部の少なくとも一部にそれぞれ密着し、
前記光結合部を構成する前記樹脂の外面が、前記光半導体素子の受発光部および前記光伝送路の端部の側に凹んだ形状となっているとともに、
前記光伝送路接続用コネクタは光伝送路としての光ファイバを接続可能としてなることを特徴とする光結合構造。
【請求項４】
前記光結合部は、前記光半導体素子の光軸と前記光伝送路の光軸とが交差する交点の位置には前記樹脂が存在せず、
前記樹脂の外面が前記受発光部に対向する位置が、前記交点と前記受発光部との間にあり、かつ、前記樹脂の外面が前記光伝送路の端部に対向する位置が、前記交点と前記光伝送路の端部との間にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光結合構造。
【請求項５】
前記光結合部を構成する前記樹脂は、前記半導体素子の上面より上方に位置する範囲内に収まっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光結合構造。
【請求項６】
前記光結合部を構成する前記樹脂は、前記光伝送路の端面の上端の高さより下側の範囲内に収まっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光結合構造。
【請求項７】
前記光結合部の周囲が気体で覆われていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光結合構造。
【請求項８】
前記光結合部の周囲が光結合部を構成する樹脂より屈折率が低いクラッド樹脂層で覆われていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光結合構造。
【請求項９】
上面に受発光部を有し、かつ下面の側で基板に実装された光半導体素子と、
前記光半導体素子の光軸に対して所定の角度で交差する光軸を有し、かつ前記基板の実装面から離間して配置された光伝送路と、
前記光半導体素子と前記光伝送路との間を光学的に結合する光結合部とを備え、
前記光結合部は、伝送される光に対して透明な樹脂からなり、前記樹脂は、前記光半導体素子の受発光部の少なくとも一部および前記光伝送路の端部の少なくとも一部にそれぞれ密着し、
前記光結合部を構成する前記樹脂の外面が、前記光半導体素子の受発光部および前記光伝送路の端部の側に凹んだ形状となっているとともに、
前記光伝送路が光ファイバと該光ファイバの先端部に取り付けられたコネクタとを備え、前記コネクタの先端部が前記樹脂に密着してなる光結合構造を製造する方法であって、
前記基板上に実装された光半導体素子の受発光部に対し、注出装置を用いて液状の透明樹脂を塊状に盛り付ける工程と、ファイバに取り付けたコネクタを前記塊状の透明樹脂中に押し込む工程と、前記透明樹脂の表面形状が凹面部を描くように前記コネクタを斜め上方に引き上げる工程と、前記透明樹脂を硬化させる工程を具備したことを特徴とする光結合構造の製造方法。
【請求項１０】
前記塊状の透明樹脂中に押し込むコネクタを取り付けるファイバとしてダミーファイバを用い、前記透明樹脂を硬化させた後、前記ダミーファイバをコネクタから引き抜いて前記硬化させた透明樹脂に密着した状態でコネクタを残すことを特徴とする請求項９に記載の光結合構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信技術、光伝送技術、光情報記録技術に用いられる光伝送路と光半導体素子との光結合構造とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光モジュールは、基板に搭載された光半導体素子と、光軸が基板に対して平行となるように配置された光伝送路を備えている。
従来、この種の光モジュールにおいて、光半導体素子の受発光部と光伝送路の端部とを光学的に結合させるために、図１１に示すように、光半導体素子１０１の上に設置された集光レンズ１０２と、光路変換用ミラー１０３とを組み合わせることで、光伝送路１０４（特にそのコア１０５）と光半導体素子１０１とを光学的に接続（光結合）させる構造が一般に用いられている。
【０００３】
しかしながら、こうした集光レンズ１０２や光路変換用ミラー１０３は、レンズの屈折率やミラーの反射率等が所望の値に調整されている必要がある。また、光結合のために必要な部品点数も多く、光半導体素子１０１、集光レンズ１０２、光路変換用ミラー１０３、光伝送路１０４の各々の位置関係を精密に合わせる必要がある。このため、部品のコストや作業のコストが高く、コストアップの主たる要因となっていた。
【０００４】
こうした光モジュールの製造コストを低減し、より低コストに光モジュールを提供するため、
例えば、特許文献１には、光実装基板の表面のガイド溝と、このガイド溝に実装される光ファイバの光軸上に位置するテーパ面とを備え、テーパ面にミラーが形成された光デバイスが提案されている。
また、特許文献２には、光導波路の端部に対向する位置に斜めに形成された反射面を有するＶ溝が形成され、光導波路の端部と反射面の間には光導波路のコアとほぼ同じ屈折率を有する屈折率整合剤が充填され、反射面で反射した出射光を受光する受光素子を備えた光導波路と受光素子の結合構造が提案されている。
【０００５】
また、特許文献３には、光送受信モジュールにおいて光部品間の接続を高精度で、しかも簡略にできる光部品接合方法として、光軸を概略一致するように配置した光ファイバと光受発光素子とを、未硬化状態の透明樹脂組成物を介して圧着し、引き戻して未硬化状態の透明樹脂組成物（光硬化性、熱硬化性、または熱可塑性）を延伸した後、延伸された透明樹脂組成物を硬化させる光部品接合方法が記載されている。
また、特許文献４には、半導体レーザ素子、モニタフォトダイオード、及び光ファイバが透明樹脂に封入され、半導体レーザ素子の後方出力光が透明樹脂と空気との界面において反射してモニタフォトダイオードに入射するようにした半導体レーザ装置が提案されている。
また、特許文献５には、図１２に示す如く基板１１１上に設けたアレイ状面型光素子１１２と、基板１１１上に離間して設けたアレイ状光ファイバ１１３とを光結合する構造の一例として、光の進行方向に沿って表裏両面に溝を設けた第１のクラッド１１６と、この第１のクラッド１１６の屈折率よりも高い屈折率を有して各溝内に配置されたコア１１７と、これらのコア１１７の表出面を覆って第１のクラッド１１６に一体化された第２のクラッド１１８及び第３のクラッド１１９とからなる光路変換用光導波路１１５を備えた構造の光モジュールが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１６７１７５号公報
【特許文献２】特許第２９８５７９１号公報
【特許文献３】特開平９−１９７１９６号公報
【特許文献４】特開２０００−２６９５８４号公報
【特許文献５】特開２００６−９１６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の光デバイスでは、ガイド溝とテーパ面を成形するための金型の用意と、テーパ面のミラーを形成する工程が必要になり、高コストになってしまうという問題があった。さらに、ガイド溝を有する光実装基板において光半導体素子を下向きにしてフリップチップボンディングする必要があるために、例えば受光素子とアンプ用ＩＣとの間のような、光半導体素子からワイヤボンドが必要なＩＣまでの線路長が長くなり、ノイズが乗りやすくなってしまうという問題や、フリップチップボンディングした光半導体素子は、実装後の外観検査がしにくいため、接続不良を発見しにくいという問題などがあった。
また、特許文献２の光結合構造では、非常に細い光ファイバに対向する位置にテーパ面を有するＶ溝を形成し、そのテーパ面に全反射ミラーを形成し、さらに光導波路の端部と反射面の間に屈折率整合剤を充填する必要があるため、工数が多くなり、高コストになってしまうという問題があった。
【０００８】
また、特許文献３の光部品接合方法では、光ファイバと光受発光素子の光軸を概略一致するように配置する必要があるため、両者の光軸が同軸である場合にしか適用できず、例えば両者の光軸が互いに垂直である場合には適用できないという問題があった。
【０００９】
また、特許文献４の半導体レーザ装置は、開口角の大きい半導体レーザ素子の後方出力光をモニタする目的であるので、光結合の効率が低くても利用可能である。しかしながら、光信号を開口角の小さい光ファイバから受光素子に入射させたり、あるいは、発光素子から光ファイバに入射させたりする場合には、結合効率が低いと光信号の伝送の信頼性を確保するのが難しいという問題があった。
また、反射面となる樹脂界面の位置・形状は、透明樹脂の塗布量や基板の段差形状によっていると考えられるが、基板に段差を形成すると高コストになってしまう。また、半導体レーザ素子に垂直な光軸とモニタＰＤ素子に垂直な光軸とが交差する交点に反射面が存在する必要があるが、ちょうどその交点の位置に樹脂の界面が位置するように樹脂を形成するのは容易ではない。
【００１０】
次に、特許文献５に記載の光モジュールにあっては、光路変換用光導波路１１５を通る光を正確にアレイ状面型光素子１１２の受発光面に集光するためには、光路変換用光導波路１１５をＸＹＺ方向、即ち３次元方向に位置決めしなければならない。加えて、特許文献５に記載の構造では、ＸＹＺ軸を中心とする回転方向（θφψ方向と称する）についても正確に位置決めしなくてはならない。
このため、特許文献５に記載の光モジュールにあっては、光路変換用光導波路１１５から光を常に出射させてアレイ状面型光素子１１２の受光信号をモニタし、光のパワーが最大となるように光路変換用光導波路１１５をＸＹＺ方向およびθφψ方向について調芯しなければならないので、組み立て作業に時間がかかり、光モジュールとしての製造コストが高くなる問題があった。また、第１のクラッド１１６の成型には金型が必要であるために、光路変換用光導波路１１５の製造コストも高くなるという問題もあった。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、調芯作業が不要で組立時間が短く、光結合部にクラッドが不要なので低コストで作製でき、かつより高い効率で光信号を伝送することが可能な光結合部を備えた光結合構造を提供することを課題とする。
また、本発明によれば、光伝送路と光電変換部を独立に製造した後に接続することが可能であって、光電変換部の作製が容易で歩留まりを良くすることができ、また、ユーザの使用環境に応じて光伝送路の再配線が可能であるとともに、仮に故障が生じた場合であっても光伝送路あるいは光電変換部を独立に交換でき、メンテナンスが容易でローコストで実施できる光結合構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために本発明は、上面に受発光部を有し、かつ下面の側で基板に実装された光半導体素子と、前記光半導体素子の光軸に対して所定の角度で交差する光軸を有し、かつ前記基板の実装面から離間して配置された光伝送路と、前記光半導体素子と前記光伝送路との間を光学的に結合する光結合部とを備え、前記光結合部は、伝送される光に対して透明な樹脂からなり、前記樹脂は、前記光半導体素子の受発光部の少なくとも一部および前記光伝送路の端部の少なくとも一部にそれぞれ密着し、前記光結合部を構成する前記樹脂の外面が、前記光半導体素子の受発光部および前記光伝送路の端部の側に凹んだ形状となっているとともに、前記光伝送路が光ファイバと該光ファイバの先端部に取り付けられたファイバコネクタとを備え、前記ファイバコネクタの先端部が前記樹脂に密着してなることを特徴とする。
本発明において、前記ファイバコネクタが前記樹脂に密着されてその先端に窓部材を備えた筒形のメス型コネクタ部材と、前記光ファイバの先端部に装着されて前記メス型コネクタ部材に嵌め込まれた筒形のオス型コネクタ部材とを備えた構造とすることができる。
【００１３】
前記課題を解決するために本発明は、上面に受発光部を有し、かつ下面の側で基板に実装された光半導体素子と、前記光半導体素子の光軸に対して所定の角度で交差する光軸を有し、かつ前記基板の実装面から離間して配置される光伝送路接続用コネクタと、前記光半導体素子と前記光伝送路との間を光学的に結合する光結合部とを備え、前記光結合部は、伝送される光に対して透明な樹脂からなり、前記樹脂は、前記光半導体素子の受発光部の少なくとも一部および前記光伝送路の端部の少なくとも一部にそれぞれ密着し、前記光結合部を構成する前記樹脂の外面が、前記光半導体素子の受発光部および前記光伝送路の端部の側に凹んだ形状となっているとともに、前記光伝送路接続用コネクタは光伝送路としての光ファイバを接続可能としてなることを特徴とする。
【００１４】
本発明において、前記光結合部は、前記光半導体素子の光軸と前記光伝送路の光軸とが交差する交点の位置には前記樹脂が存在せず、前記樹脂の外面が前記受発光部に対向する位置が、前記交点と前記受発光部との間にあり、かつ、前記樹脂の外面が前記光伝送路の端部に対向する位置が、前記交点と前記光伝送路の端部との間にあることを特徴とする。
本発明において、前記光結合部を構成する前記樹脂は、前記半導体素子の上面より上方に位置する範囲内に収まっていることが好ましい。
前記光結合部を構成する前記樹脂は、前記光伝送路の端面の上端の高さより下側の範囲内に収まっていることが好ましい。
本発明において、前記光結合部の周囲が気体で覆われている構造でも良い。
本発明において、前記光結合部の周囲が光結合部を構成する樹脂より屈折率が低いクラッド樹脂層で覆われていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の光結合構造の製造方法は、上面に受発光部を有し、かつ下面の側で基板に実装された光半導体素子と、前記光半導体素子の光軸に対して所定の角度で交差する光軸を有し、かつ前記基板の実装面から離間して配置された光伝送路と、前記光半導体素子と前記光伝送路との間を光学的に結合する光結合部とを備え、前記光結合部は、伝送される光に対して透明な樹脂からなり、前記樹脂は、前記光半導体素子の受発光部の少なくとも一部および前記光伝送路の端部の少なくとも一部にそれぞれ密着し、前記光結合部を構成する前記樹脂の外面が、前記光半導体素子の受発光部および前記光伝送路の端部の側に凹んだ形状となっているとともに、前記光伝送路が光ファイバと該光ファイバの先端部に取り付けられたコネクタとを備え、前記コネクタの先端部が前記樹脂に密着してなる光結合構造を製造する方法であって、前記基板上に実装された光半導体素子の受発光部に対し、注出装置を用いて液状の透明樹脂を塊状に盛り付ける工程と、ファイバに取り付けたコネクタを前記塊状の透明樹脂中に押し込む工程と、前記透明樹脂の表面形状が凹面部を描くように前記コネクタを斜め上方に引き上げる工程と、前記透明樹脂を硬化させる工程を具備したことを特徴とする。
【００１６】
本発明の製造方法において、前記塊状の透明樹脂中に押し込むコネクタを取り付けるファイバとしてダミーファイバを用い、前記透明樹脂を硬化させた後、前記ダミーファイバをコネクタから引き抜いて硬化させた透明樹脂に密着した状態でコネクタを残すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光結合部を多数の部品を用いることなく低コストで作製でき、しかもより高い効率で光信号を伝送することが可能になる。即ち、樹脂からなる光接合部に凹面部を設けて光伝送路と受発光素子を樹脂により光学的に直接結合しているので、位置合わせのための調芯作業を要することがなく、光結合を行う樹脂の部分にクラッドが不要な上にクラッド作製のための金型も不要であり、部材コスト、製造コストともに削減することができる。
光半導体素子の受発光部を基板の実装面とは反対側に向けて実装することができるので、ダイボンディングやワイヤボンディングによる実装が可能になる。これにより、伝送特性に重要な配線を最短の線路長でつなぐことができ、ノイズが乗りにくく、良好な伝送特性が得られる。また、ボンディングの外観検査が容易であり、接続不良を発見するのが容易になる。
【００１８】
更に、コネクタの先端部を光結合をなす樹脂に密着させておく構造を採用するならば、光伝送路と光電変換部を独立に製造した後に接続することが可能であって、光電変換部の作製が容易で歩留まりを良くすることができ、また、ユーザの使用環境に応じて光伝送路のみをコネクタから外して他の光伝送路と交換することによる再配線が可能であるとともに、仮に故障が生じた場合であっても光伝送路あるいは光電変換部を個別独立に交換することができ、メンテナンスが容易でローコストで実施できる光結合構造を提供することができる。
【００１９】
本発明の製造方法によれば、光半導体素子の受発光部に液状の透明樹脂を塊状に盛り付け、光伝送路に接続したコネクタを塊状の透明樹脂中に押し込み、透明樹脂の表面形状が凹面部を描くようにコネクタを斜め上方に引き上げ、透明樹脂を硬化させる、という簡単な操作を行うことにより光接合構造を実現できるので、光結合部における調芯作業が不要となり、光結合部の形成を容易にできるとともに、金型やクラッドを要することなく光結合部を製造できるので低コストかつ容易に光結合部を製造できる効果がある。
また、光結合部を構成する樹脂中にコネクタの先端部を密着させてコネクタを残しておく構造とするならば、光接合部に対する光伝送路の交換、あるいは光伝送路に対する光半導体素子の交換が容易にできるメンテナンスが容易な構造を低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１形態例に係る光結合構造の一例を示す断面図である。
【図２】光結合部の製造工程を説明する断面図である。
【図３】光結合部の製造工程を説明する断面図である。
【図４】本発明の第２形態例に係る光結合構造の一例を示す断面図である。
【図５】光結合部の他の例を示す断面図である。
【図６】本発明の第３形態例に係る光結合構造の一例を示す断面図である。
【図７】本発明の光結合構造を説明する断面図である。
【図８】光結合部の外面が凸形状である場合を説明する断面図である。
【図９】光結合部が４５°ミラーである場合を説明する断面図である。
【図１０】光結合部が大きな４５°ミラーである場合を説明する断面図である。
【図１１】従来の光モジュールにおける光結合構造の一例を示す概略図である。
【図１２】従来の光モジュールにおける光結合構造の他の例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１に、第１形態例に係る光結合構造を備えた光モジュールの一例を示す。
図１に示す光モジュール５は、基板４の上面である実装面４ａに実装された光半導体素子１と、基板４の実装面４ａに沿い、かつ基板４の実装面４ａから離間して配置された光伝送路２と、光伝送路２と光半導体素子１との間を光学的に結合する光結合部３とを備えている。
【００２２】
光半導体素子１は、光信号を出射または入射させる部分として受発光部１ａを有する。光半導体素子１が受光素子である場合は、受発光部１ａは受光部である。光半導体素子１が発光素子である場合は、受発光部１ａは発光部である。
発光素子としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等が挙げられる。
受光素子としては、フォトダイオード（ＰＤ）等が挙げられる。
受発光部１ａは、光半導体素子１の上面１ｃに設けられている。本発明における上下方向は、光半導体素子１が基板４に実装される実装面４ａを基準とし、基板４から遠ざかる方向を上方（図１の上方）、基板４に近づく方向を下方（図１の下方）とする。また、前記の定義による上下方向に垂直な方向（図１の左右方向）を水平方向とする。本発明における上下方向および水平方向は、図２および図３に示すように透明樹脂３１が未硬化で流動性を有する場合を除き、重力の方向に依存しない。
【００２３】
光半導体素子１は、基板４の実装面４ａに形成された回路配線６に対して、接合材により電気的に接続されている。例えば、本形態例の場合は、光半導体素子１の上部（表面）に形成された電極（図示せず）とワイヤ配線７などからなる給電用配線により、回路配線６と電気的に接続されている。また、光半導体素子１の下面（裏面）１ｄと回路配線６とが、導電性接着剤（図示せず）により、電気的に接続されている。
基板４には、例えは、ガラスエポキシ基板、セラミック基板など、一般的な各種絶縁基板を使用することができる。ワイヤ配線７としては、例えば、金（Ａｕ）ワイヤ、アルミ（Ａｌ）ワイヤ、銅（Ｃｕ）ワイヤなどが挙げられる。
【００２４】
光伝送路２としては、例えば石英系光ファイバ、プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）などの光ファイバや、石英光導波路、高分子光導波路などの基板型光導波路などが挙げられる。
光伝送路２は、光結合部３に対する光の出入射の方向が一定となるように、少なくとも端部２ａ付近では、光軸２ｂが直線状であることが好ましい。
この実施の形態の構造において、光伝送路２は、光ファイバ２Ａとその先端部に装着されたファイバコネクタ２Ｃとからなり、このファイバコネクタ２Ｃは、光ファイバ２Ａの先端部に装着された筒状のオス型コネクタ部材２Ｄと、このオス型コネクタ部材２Ｄの外周部に嵌め込まれるとともに光結合部３に密着されたメス型コネクタ部材２Ｅとから構成されている。前記オス型コネクタ部材２Ｄとメス型コネクタ部材２Ｅは、金属あるいはプラスチックなどからなる筒型部材であり、オス型コネクタ部材２Ｄは光ファイバ２Ａの先端部に装着されている。また、前記メス型コネクタ部材２Ｅは筒型に形成されてその先端側開口部に透明ガラスなどからなる窓部材２Ｆが取り付けられていて、この窓部材２Ｆとその周囲のメス型コネクタ部材２Ｅを覆うように後述の光結合部３が密着されている。
【００２５】
光半導体素子１は、その光軸１ｂが光伝送路２の光軸２ｂ（特に端部２ａ付近における光軸２ｂ）に所定の角度θで交差するように配置されている。光半導体素子１および光伝送路２の光軸１ｂ，２ｂが互いに垂直（または略垂直）に配置されることが好ましい。
【００２６】
光結合部３は、伝送される光に対して透明な樹脂からなる。光結合部３を構成する樹脂は、光半導体素子１の受発光部１ａの少なくとも一部および光伝送路２の先端を構成する窓部材２Ｆの端部２ａの少なくとも一部にそれぞれ密着している。
ここでいう透明樹脂とは、光半導体素子１と光伝送路２との間を伝送する光を透過させることが可能なものを指している。従って、必ずしも可視光下で無色透明な色調のものに限定されるものではない。また、光が伝送する樹脂内の光路長が短いため、ある程度透明性があれば良い。
透明樹脂としては、例えば、ＵＶ硬化性樹脂や熱硬化性樹脂などを用いることができる。透明樹脂の具体例としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂等が挙げられる。
【００２７】
光結合部３の形状は、図１では光結合部３が光伝送路２の端部２ａの全面を覆い、光結合部３の上端が光伝送路２の先端上部のメス型コネクタ部材２Ｅまで付着しているが、図５に示す光結合構造５Ａのように、光伝送路２の端部２ａの一部が光結合部３Ａの外側に露出されてもよい。
この場合、光結合部３Ａを構成する樹脂は、光半導体素子１の光軸１ｂと光伝送路２の光軸２ｂとを含む面内（図５の紙面上の面内）およびその面外（図５の紙面の手前側および奥側）において、光伝送路２の端面２ａの上端２ｃの高さ２ｄ（図７参照）より下側の範囲内に収まり、光半導体素子１の受発光部１ａから光結合部３の外面３ａまでの距離や、光伝送路２の端面２ａから光結合部３の外面３ａまでの距離がより短くなる。また、光伝送路２のコア（図示せず）に対応する窓部材２Ｆの全断面積が光結合部３Ａに覆われることが好ましい。
【００２８】
ここで光結合部３は、光半導体素子１が受光素子の場合には、光伝送路２から光結合部３に入射した光は、光結合部３を構成する透明樹脂とその外部の気体（例えば空気や乾燥窒素ガスなど）との界面３ａとの屈折率差により反射されて光半導体素子１に入射する。
また、光半導体素子１が発光素子の場合には、光半導体素子１から光結合部３に入射した光は、光結合部３を構成する透明樹脂と外部の気体との界面３ａとの屈折率差により反射されて光伝送路２に入射する。
【００２９】
本形態例の光結合部３は、光半導体素子１と光伝送路２との間の光結合を容易に実現するため、以下のような構成となっている。
光結合部３の外面３ａが外部の気体との界面を形成しており、光結合部３を構成する透明樹脂は、光伝送路２の光軸２ｂと光半導体素子１の光軸１ｂとが交差する交点Ｐの位置には存在せず、光結合部３の外面３ａ（光結合部３と外部の気体との界面）が、光半導体素子１の受発光部１ａおよび光伝送路２の端部２ａの側に凹んだ形状となっている。
【００３０】
ここで、光結合部３の外面３ａが凹んだ形状となるためには、少なくとも、
（１）受発光部１ａに対向する位置Ａが受発光部１ａ側に凹んだ形状の凹面部１１、
（２）光伝送路２の端部２ａに対向する位置Ｂが光伝送路２の端部２ａ側に凹んだ形状の凹面部１２、
（３）受発光部１ａに対向する位置Ａと光伝送路２の端部２ａに対向する位置Ｂとの間が凹んだ形状の凹面部１３、を有することを必要とする。
光の伝送に関与しない部分、例えば、図１における光伝送路２の上側にかかっている部分３ｂや、光伝送路２の下側と光半導体素子１の上面１ｃとの間に挟まれた部分３ｃが凸形状になっているのは差し支えない。
【００３１】
光半導体素子１が受光素子の場合、本形態例の光結合部３は、光結合部３の外面３ａが凹んだ形状となっているため、図７に示すように、光伝送路２から出射し、光結合部３の外面３ａで反射した光１０を、光半導体素子１の受発光部１ａに受光させる際、光結合部３の外面３ａにおける反射位置を光半導体素子１および光伝送路２に近づけ、光結合部３内の光路長を短くすることができる。
光半導体素子１が発光素子であって、光半導体素子１の受発光部１ａから出射した光１０を光結合部３の外面３ａで反射させ、光伝送路２に入射させる場合も同様である。
これは、図７に示すように、光が光伝送路２（あるいは受発光部１ａ）から出射する際には、ある程度の広がり角をもっており、光結合部３内を広がりながら進行するためである。
図８に示すように、光結合部３の外面３ａが凸形状となっていると、光１０が光結合部３の外面３ａで反射する位置が遠くなり、光結合部３内の光路長が長くなるによって、光が拡散し、接続損失が増大することになる。
したがって、図１および図７に示すように、光結合部３の外面３ａを凹んだ形状とすることにより、光結合部３内の光路長を短くし、接続損失を低減することができる。
【００３２】
また、図９に示すように、４５°ミラーとして機能するように樹脂３００を形成した場合、その反射面３０１の位置が遠く、光路が長いため、光１０が広がってしまい、接続損失が大きくなってしまう。
図１０に示すように、４５°ミラーとなる樹脂３１０が大きく、光伝送路２の端面２ａの上端２ｃの高さ２ｄを超える程度となると、端面２ａから反射面３１１までの距離および光１０の光路がさらに長くなる。
このため、光結合部３が上下方向に存在する範囲としては、光伝送路２の端面２ａの上端２ｃの高さ２ｄより下側の範囲内に収まっていることが好ましい。
また、光結合部３が水平方向に存在する範囲としては、全体が光半導体素子１上（上面１ｃより上方）に収まることが好ましい。
【００３３】
すなわち、本形態例の光結合部３は、これらの凹面部１１，１２，１３を有することにより、透明樹脂の界面の形状について、反射面としての位置および角度を精密に制御しなくても、より低い作製精度で確実な光結合を実現することができる。また、光伝送路２の端部２ａと光半導体素子１の受発光部１ａとの間が単一の透明樹脂で構成された光結合部３で光結合され、極めて低コストに、かつ簡易な工程で作製可能である。
ここでいう単一の透明樹脂とは、成分（組成）が均一（単一）、特定の波長の光に対する透過率が均一、物理的に２層以上ではない（界面がない）など、いずれの意味も包含するものである。
【００３４】
これらの凹面部１１〜１３は、それぞれ光半導体素子１の受発光部１ａおよび光伝送路２の端部２ａの位置に近い方が、透明樹脂の界面３ａにおける反射によって光半導体素子１と光伝送路２との間を光結合する際に、光が拡散する範囲が狭くなり、損失を低減することができる。このため、光結合部３は、光半導体素子１の光軸１ｂと光伝送路２の光軸２ｂとが交差する交点Ｐの位置には前記樹脂が存在せず、樹脂の外面３ａが受発光部１ａに対向する位置Ａが交点Ｐと受発光部１ａとの間にあり、かつ、樹脂の外面３ａが光伝送路２の端部２ａに対向する位置Ｂが交点Ｐと光伝送路２の端部２ａとの間にあることが好ましい。
【００３５】
さらに本形態例の光結合部３は、透明樹脂の周囲が空気で覆われているため、透明樹脂との屈折率差が大きくなり、界面における光の反射率を高めることができる。これにより、光の結合効率をより向上することができる。
【００３６】
基板４の実装面４ａにおいて、光半導体素子１を受発光部１ａが基板４の実装面４ａの反対側（図１では上側）となるように実装することができるので、ダイボンディングやワイヤボンディングによる実装が可能になる。これにより、伝送特性に重要な配線を最短の線路長でつなぐことができ、ノイズが乗りにくく、良好な伝送特性が得られる。また、ボンディングの外観検査が容易であり、接続不良を発見するのが容易になる。
【００３７】
次に、本発明の光結合構造の製造方法の説明にあたって、前述した図１に示す構成の光結合構造５の製造方法を例示する。
図２に示すように、予め実装面４ａに回路配線６が形成され、光半導体素子１が実装された基板４を用意し、光半導体素子１の受発光部１ａに対して、精密ディスペンサ等の樹脂ディップ装置（注出装置）２９を用いて、未硬化の透明樹脂３１を塊状に（図２ではボール状に）塗布する工程を行う。
透明樹脂３１は、光半導体素子１の上面１ｃに収まる範囲内で塗布することが望ましい。
【００３８】
続いて、図３に示すように、光半導体素子１に対してコネクタ部材２Ｄ、２Ｅを装着した光ファイバ２Ａの端部２ａを、光半導体素子１上に盛り付けた塊状の液状の透明樹脂３１に向けて（矢印Ｌの方向に）押し込む工程を行う。
そして、透明樹脂３１に差し込んだ光伝送路２を光半導体素子１から遠ざけるように移動する。このとき、光伝送路２は、光半導体素子１からゆっくりと斜め上方向（矢印Ｒの方向）に引き上げる工程を行う。
【００３９】
この後、透明樹脂３１の種類に応じて、必要に応じて例えばＵＶ（紫外線）の照射や加熱を行い、透明樹脂３１を硬化させる工程を行う。
これにより、図１に示す如く光半導体素子１と光ファイバ２Ａとを光学的に接続する（光結合する）光結合部３が形成され、光結合構造５が完成する。
【００４０】
図３において光ファイバ２Ａを斜め方向に引き上げた後の透明樹脂３１の形状は、（１）透明樹脂３１と光半導体素子１との間の界面張力、（２）透明樹脂３１と光伝送路２との間の界面張力、および（３）透明樹脂３１と外部の気体との間の表面張力で決定される。つまり、（Ａ）光半導体素子１、光伝送路２、透明樹脂３１の部材と、（Ｂ）光半導体素子１および光伝送路２の表面状態や透明樹脂３１の粘度などの部材の状態と、（Ｃ）図２における透明樹脂３１の塗布量や図３における光伝送路２の差込量および引き上げ量などの実装条件などに依存する。これら（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の条件が同じであれば、自ずと透明樹脂３１の形状は同じになる。
【００４１】
光伝送路２のＲ方向への引き上げ量は、用いる光伝送路２や光半導体素子１の構造、透明樹脂３１の塗布量などに応じて最適値が存在する。こうした最適値を予め調べておけば、上述した作製工程を全て自動化することが可能になり、より一層の省力化を実現できる。また、光結合部３を作製する際に光半導体素子１と光伝送路２との間に光を伝送させる必要はなく、パッシブ調心が可能である。樹脂の塗布量の変化などによってパッシブ調心の位置が最適位置から多少ずれても、光半導体素子１と光伝送路２との間が透明樹脂３１でつながれているので、透明樹脂３１の表面が光伝送路２と一緒に変形するため、光結合部３の結合効率が低下しにくく、位置合わせのトレランスが大きい。光を伝送しながら行うアクティブ調心では、光硬化性樹脂を用いると光ファイバの位置合わせ中に樹脂が硬化するおそれがあるが、パッシブ調心によれば、途中で樹脂が硬化するおそれがない。
【００４２】
このように、本形態例の光結合構造の製造方法によれば、光半導体素子１に透明樹脂３１を塊状に盛り付けて、この透明樹脂３１に光伝送路２を差し込んで斜め方向に引き上げた後、透明樹脂３１を硬化させるだけで、光半導体素子１と光伝送路２とを光学的に接続する（光結合する）光結合部３を形成することが可能になる。このため、光結合部３の形成に際して、樹脂を象る金型等も必要なく、少ない工程かつ少ない構成部品で極めて低コストに光結合構造を製造することが可能になる。
【００４３】
従来、ＬＥＤなどの封止用途などにおいて、表面張力および界面張力という物性によって自ずと決まる形状を、凸レンズや凹レンズとして利用することは公知である。また、特許文献４には、半導体レーザ素子の後方出力光をモニタフォトダイオードに入射させるため、基板の段差に沿って透明樹脂を被覆した半導体レーザ装置が記載されている。
本形態例の光モジュールの製造方法は、透明樹脂を基板に付着させる必要がないので、光結合部３の形成に際して、基板４の加工工程（Ｖ溝や段差など）を追加する必要がないので、シリコン基板のように面異方性エッチングが利用可能な基板に限らず、ガラスエポキシ基板等のように加工性の低い基板であっても、低コストに基板作製が可能である。
【００４４】
次に、本発明に係る光結合構造の製造方法の他の例について図４を元に説明する。
図４に示す第２形態例の構造は、図１に示す構造に対し、メス型コネクタ部材２Ｅから、光ファイバ２Ａとオス型コネクタ部材２Ｄを引き抜いた状態と同等構造の光結合構造５Ｂを示す。
図４に示す光結合構造５Ｂを製造するには、例えば、図２〜図３を元に先に説明した製造方法における光ファイバ２Ａに代えてダミーファイバ２Ｇにオス型コネクタ部材２Ｄを装着し、これにメス型コネクタ部材２Ｅを嵌合して一体化したものを図２〜図３を元に先に説明した製造方法に適用する。そして、光半導体素子１の上に盛り付けた樹脂にメス型コネクタ部材２Ｅを差し込んで斜め上方に引き上げてから樹脂を硬化させた後、メス型コネクタ部材２Ｅからオス型コネクタ部材２Ｄとダミーファイバ２Ｇを図４に示す矢印Ｓに示す如く引き抜くことで、図４に示す光結合構造５Ｂが完成する。
【００４５】
図４に示す光結合構造５Ｂに対しては、別途目的の接続用の他の光ファイバにオス型コネクタ部材２Ｄを嵌め込み、オス型コネクタ部材２Ｄをメス型コネクタ部材２Ｅに挿入し、嵌合することにより、目的の光結合構造が完成する。
【００４６】
図６に、第３形態例に係る光結合構造を備えた光結合構造の一例を示す。
図６に示す光結合構造９は、基板４の実装面４ａに実装された光半導体素子１と、基板４の実装面４ａに沿い、かつ基板４の実装面４ａから離間して配置された光伝送路２と、光伝送路２と光半導体素子１との間を光学的に結合する光結合部３と、光結合部３とその周囲を覆うクラッド樹脂層８を備えている。具体的にクラッド樹脂層８は、ワイヤ配線７とその周囲、光半導体素子１とその周囲、光接合部３とその周囲、並びに、メス型コネクタ部材２Ｅとその周囲を覆うように基板４の上に形成されている。
【００４７】
本形態例の光結合構造９は、光結合部３の周囲が、光結合部３を構成する透明樹脂（第１の樹脂）より屈折率が低い第２の樹脂からなるクラッド樹脂層８で覆われている点が第１形態例に係る光結合構造５と異なる。光半導体素子１、光伝送路２、基板４、回路配線６、ワイヤ配線７、オス型コネクタ部材２Ｄ、メス型コネクタ部材２Ｅ、窓部材２Ｆ等は、第１形態例に係る光結合構造５と同様に構成することができる。
クラッド樹脂層８は、光結合部３を構成する透明樹脂よりも屈折率の低い樹脂で形成されているので、光結合部３の中を伝送する光がクラッド樹脂層８の方に入射し散乱してしまうことを抑制することができる。さらに、クラッド樹脂層８の周囲を、光結合部３よりも高い屈折率を有する樹脂（図示せず）で封止することも可能になる。
【００４８】
ここでいう屈折率とは、光半導体素子１と光伝送路２との間を伝送する光の波長における屈折率を指している。第２の樹脂としては、例えば、ＵＶ硬化性樹脂や熱硬化性樹脂などを用いることができる。第２の樹脂の具体例としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂等が挙げられる。
クラッド樹脂層８は、図２〜図３に示すようにして光結合部３を形成した後に、第２の樹脂を外部から塗布して硬化することにより形成することができる。
【００４９】
光結合部３を構成する第１の樹脂は、光伝送路２の光軸２ｂと光半導体素子１の光軸１ｂとが交差する交点Ｐの位置には存在せず、光結合部３とクラッド樹脂層８との界面３ａが、交点Ｐの位置とは反対側に凹んだ形状となっている。
本形態例の光結合構造９におけるクラッド樹脂層８は、光結合部３のクラッド樹脂として機能する。また、光結合部３は、光半導体素子１が受光素子の場合には、光伝送路２から光結合部３に入射した光は、光結合部３とクラッド樹脂層８との界面３ａとの屈折率差により反射されて光半導体素子１に入射する。また、光半導体素子１が発光素子の場合には、光半導体素子１から光結合部３に入射した光は、光結合部３とクラッド樹脂層８との界面３ａとの屈折率差により反射されて光伝送路２に入射する。
【００５０】
さらに図６に示す例では、光伝送路２がクラッド樹脂層８によって基板４の実装面４ａに固定されている。これにより、光伝送路２の端部２ａ付近の光軸２ｂの方向が動きにくく、光伝送路２に多少の外力が作用しても光結合の悪化を抑制することができる。
また、ワイヤ配線７はクラッド樹脂層８に覆われ、保護されているので、外部の応力によって破損しやすいワイヤ配線７（給電用配線）の断線を防止することができる。
また、光伝送路２の端部２ａ、光結合部３および光半導体素子１がクラッド樹脂層８により覆われているので、これらを外部の応力から保護することができる。従って、光半導体素子１と光伝送路２との光結合構造全体の機械的強度を高くすることができる。
このように、クラッド樹脂層８がワイヤ配線７の保護層、あるいは光結合構造の保護層として機能するように設けられた場合、簡便に保護層を形成することができる。  
【実施例】
【００５１】
以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
図１〜３に示すように、光伝送路２としてクラッド径が１２５μｍ、コア径が５０μｍの石英系マルチモード光ファイバを用意し、この光ファイバの先端部に黄銅製の肉厚１００μｍ、長さ３ｍｍの筒型のオス型コネクタ部材を装着し、その外側に黄銅製の肉厚１００μｍ、長さ３ｍｍの筒型のメス型コネクタ部材を装着した。メス型コネクタ部材の先端部には厚さ０．５ｍｍのガラス製の窓部材を備えている。光半導体素子１にはＰＤ（受光部の開口径は８０μｍ）を、透明樹脂３１にはＵＶ硬化樹脂（アクリル系樹脂）を、基板４にはガラスエポキシ基板を、ワイヤ配線７には金ワイヤを用い、ＰＤの受光部上に透明樹脂３１を２ｎｌ（ナノリットル）塗布した後、この透明樹脂に光ファイバの先端を差し込んで、斜め３０°上方に４０μｍ引き上げた後、ＵＶを照射して透明樹脂３１を硬化させることにより、図１に示す光結合構造５を作製した。光結合部３を構成する硬化後の樹脂の屈折率は１．５８である。
【００５２】
透明樹脂として、粘度の異なる１１種類の樹脂（Ａ：０．０２Ｐａ・ｓ、Ｂ：０．１Ｐａ・ｓ、Ｃ：０．７Ｐａ・ｓ、Ｄ：１．５Ｐａ・ｓ、Ｅ：３．２Ｐａ・ｓ、Ｆ：５．５Ｐａ・ｓ、Ｇ：１５Ｐａ・ｓ、Ｈ：２１Ｐａ・ｓ、Ｉ：２６Ｐａ・ｓ、Ｊ：３５Ｐａ・ｓ、Ｋ：５０Ｐａ・ｓ）を用い、光結合部を形成した直後の当該光結合部の形状を観測した。その結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】
2010282091.tif 000003
【００５４】
また、サンプルＤ、Ｈ、Ｋの樹脂を用いて光伝送路と光半導体素子との位置関係を最適にした光モジュールを作製し、それぞれにおける接続損失を測定した。その結果を表２に示す。
【００５５】
【表２】
2010282091.tif 000004
【００５６】
表２の結果より、光結合部の形状が凹形状の場合、凸形状の場合に比べて接続損失が非常に小さいものとなった。
【符号の説明】
【００５７】
θ…光軸同士の成す角度、Ｐ…光軸同士の交点、１…光半導体素子、１ａ…受発光部、１ｂ…光半導体素子の光軸、１ｃ…上面（表面）、１ｄ…下面（裏面）、２…光伝送路、２Ａ…光ファイバ、２ａ…光伝送路の端部（端面）、２ｂ…光伝送路の光軸、２Ｃ…ファイバコネクタ、２Ｄ…オス型コネクタ部材、２Ｅ…メス型コネクタ部材、２Ｆ…窓部材、３…光結合部、３ａ…光結合部の外面（界面）、４…基板、４ａ…基板の実装面、５，５Ａ、５Ｂ…光結合構造、７…ワイヤ配線（給電用配線）、８…クラッド樹脂層、９…光結合構造、１１、１２、１３…凹面部。
【図１】
2010282091.tif 000005
【図２】
2010282091.tif 000006
【図３】
2010282091.tif 000007
【図４】
2010282091.tif 000008
【図５】
2010282091.tif 000009
【図６】
2010282091.tif 000010
【図７】
2010282091.tif 000011
【図８】
2010282091.tif 000012
【図９】
2010282091.tif 000013
【図１０】
2010282091.tif 000014
【図１１】
2010282091.tif 000015
【図１２】
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